ISSN O1 00-01 02

Maio, 1984

I Número 60 I

SORÇAO DE F~SFORO POR COLÓIDES INORGANICOS EXTRAIDOS DE DOIS

SOLOS DA AMAZONIA

Empresa B r a s i l e i r a de P e s q u i s a Agropecuár ia - EMBRAPA V i n c u l a d a ao Ministério da A g r i c u l t u r a

r C e n t r o d e Pesquisa A g r o p e c u á r i a do T r ó p i c o Úmido - C P A T U B e l é m , PA

MINISTRO DA AGRICULTURA Nestor Jost

hsidente da EMBRAPA EIiseu Roberto de Andrade Alves

Diretoria Executiva da EMBRAPA Agide Gorgatti Netto - Diretor José Prazeres Ramalho de Castro - Diretor Raymundo Fonseca Souza - Diretor

Chefia do CPATU Cristo Nazaré Barbosa do Nascimento - Chefe Jose Furlan Júnior - Chefe Adjunto TBcnlco José de Brito Lourenço Junior - Chefe Adjunto Adminlstraffvo

BOLETIM DE PESQUISA NQ 60

ISSN 0100-8102

Maio, 1984

SORÇAO DE F~SFORO POR COL61DES INORGBNICOS DCTRACDOS DE DOIS SOLOS DA AMAZONIA

Maria Regina Freire MõIler Egon Klant

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - EMBRAPA VlncuIada ao Ministério da Agricultura Centro de Pesquisa Agropecuaria do Trópico Umtdo - CPATU Belém, PA

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Trav. Dr. Eneas Pinheiro s/nQ Caixa Postal, 48 66.000 - Belém, PA Tefex : (0911 1210

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Comitê de Publicações : José Furlan Júnior - Presidente Mário Dantas Alfredo Mingo Oyama Hornrna Paulo Choji Kitamura Nazira Leite Nassar Ebmanuel Adi lson Souza Serrão Luiz Octávio Danjn de Moura Carvalho Maria de Lourdes Reis Duarte Emmanuel de Souza Cruz José Natalino Macedo Silva Ruth de Fátima Rendeiro Palheta

Moller, Maria Regina Freire

Sorção de fósforo por colóides inorgânicos extraídos de dois solos da Amazônia, por Maria Regina Freire Moller e Egon Klant. BelBm, EM BRAPA-ÇPATU, 1984.

16 p. ilust. [EMBRAPA-CPATU. Boletim de Pesquisa, 60).

1 . Solo-Sorção-Fósforo-Brasil-Amaz8nla. 2. Colóide , 3. Mineralogia determinativa. 1. Klant, Egon. II . Empresa Brasileira de Pesquisa Agro- pecuária. Centro de Pesquisa Agropecuária do Trópico úmido, Belém, PA. 111. Titulo. 1V. Série.

CDD: 549.27

@ EMBRAPA - 1984

......... ............. ............ iNTRODUÇa0 .. .... ................................. MATERIAL E METODOS

.............................. RESULTADOS E DISCUSSAO

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ..........................

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SORÇAO DE F6SFORO POR COL61DES IMORGANICOS EXTRAfDOS DE DOIS SOLOS DA AMAZõNIA

Maria Regina Frefre MIDlier Egon Klant

RESUMO: Foram efetuadas sorcões de fósforo em Óxidos de ferro e em caulinitas extraídas dos horizontes Ap de um Podzblico Verme- lho-AmareIo e de uma Terra Roxa Estruturada da regiao amaz6nica. Os óxidos de ferro extraídos da ferra Roxa Estruturada e do Podzó- tico Vermelho-Amarelo apresentaram. respectivamente, as sorções maxima de 4.300 p g de P/g e, 2.900 v g de P/g, que foram maiores no primeiro, provavelmente devido à maior substituição isomórfica do ferro pelo alurninio nos óxidos. Para as fraçbes cauliniticas dos mesmos solos, as sorções máximas encontradas foram, respectiva- mente, 560 pg de P/g e 280 pg de P/g. associadas h perfeiçãio e ao tamanho dos cristais do mineral, como resultante do teor de óxidos de ferro do solo.

Termos para indexação: argilo minerais. sorçáo de fãsforo e sofos da Amazônia.

P SORPTION BY INERGANICA COLOIDS EXTRACT ED FROM TWO AMAZQN SOILS

ABSTRACT: Phesphate sorption studies were carríed out on iron oxides and kaolinite extracted from Ap horizons of a Red Yellow Podzolic soil and Structured "Terra Roxa" of Amazon Region. The iron oxides extracted from structured Terra Roxa and Red Yellsw Podtoltc Soils sorpted respectivelly 4.300 and 2.900 pg of P/g. The higher phosphate sorption of iron oxides of tke Structured "ferra Roxa" probably is reIated to their higher isomorphic substitution af Fe by AI. The kaolinite of the Structured "Terra Roxa'', sorbed 560 pg of Plg snd that of Red Yellow Podzolic Soil, 280 p g of P/g. The higher P sorption of the kaolinite of zhe first soil must be related to its cristal ~erfection and sise, as resulted from the iran oxides content of the soils.

Index terms: clay rninerals, phosphate sorption and amazon soils.

1 Qutm. lnd., M. Sc. EMBRAPA-CPATU. Caixa Postal, 48. CEP 66.000. Belém, PA. 2 Eng. Agr. PhD. Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Caixa Postal. 48

CEP 90.000. Porto Alegre, RS.

INIRUDUÇÃO

Os minerais coioidais vêm sendo apontados como grandes responsáveis pela sorção de f6sforo nos solos, encontrando-se altas correlaçóes entre este fenomeno e o teor de argila, de Feo, Fed e tipo de mineral coloidal si licatado predominante ns fração argila (Fvans & Srnile 1976, Bajwa 1981 e Sing et ai. 39831.

A maior ou menor eficiência de um colóide inorgânico sorver fósforo, depende da temperatura, tempo de contacto, concentração i6nica da solução e do fósforo, pH do meio e, também de algumas propriedades dos minerais que se interrelacionam (Bache 1964, Ca- brera et a1 . 1977 e Parfitt 3 9781.

Dentre as propriedades mineralógicas são consideradas as mais importantes no fenômeno quantitativo da sorção, os tipos, car- gas e quantidade dos sítios expostos. O s tipos de sítios, basica- -mente função do tipo de mineral e do arranjo estrutural do mesmo, c,ke expõe faces, onde predominam sítios potencial mente diferentes [Parfitt 79781, cuja carga será determinada pelo pH do ponto de car- 92 zero [pcz] do mineral e o pH do meio e, sua quantidade 'condi- cionada ao grau de cristalinidade do mineral.

Nos solos bem drenadas da Amazônia, encontram-se, frequen- temente, frações coloidais inorgani'cas constituídas essencialmen-k te de filossilicatos i :1 , caulinitas e óxidos de ferro, principalmente hernatita e goethita.

Estes minerais, que de certa forma se assemelham por te- iern nas suas superficieç sítios potenciais dependentes de pH, para á sorção de fósforo, diferem quanto seus pcz e estruturas, o que, por certo, determinará cargas e tipos de sítios peculiares a cada um deles.

Dentre os dois minerais de ferro, hernatita e goethita, o últi- iEe tem uma estrutura mais propicia à sorção do fósforo. No entan- tn, parece que a quantidade de anions sorvida por eles sofre maior influência das suas áreas superficiais específicas (ASEJ do que das diferenças estruturais e de compasições [Schwetmann & Taylor 19771.

Bighan e t al . (19783, embora tenham encontrado maior sor- ção de fósforo em argilas amarelas, goethiticas, não descartam a jrnportância da ASE que, para u4m mesmo mineral é mais importante do que o pH @ache 1964) determinante da carga dos sítios.

Comparações de eficiências de sorção de fósforo têm mos- trado que a caulinita padrão, bem cristalizada, é pouco efetiva [Diez 19801, enquanto aquelas extraídas dos soIos, com menor cristalini- dade, são bem mais eficientes [Bajwa 1981). Este fato, por certo, deve-se, a peculiaridade dos sítios potenciais das cau t initas, citado anteriormente. Portanto, dentre todas as características minera- lógicas, a quantidade dos sítios expostos nas superfícies das cauli- pitas e dos minerais de ferro parece ser o fator mais importante no e: tabelecimenta da sorção máxima de fósforo.

A quantidade de sítios expostos de um mineral tem sido ava- liada indiretamente pela sua ASE. No entanto, esta medida, nos 6xidos de ferro, parece ser diretamente proporcional a substituição isomórf ica da ferro pelo alumínio [Norish & Taylor 1961 3 , enquanto, na caulinita, a quantidade de óxidos de ferro presente pode ser um candicionante do tamanho das partículas.

Neste trabalho foram feitos testes de sorção de fósforo em f rzções eoloidais essencialmente compostas de caulinitas ou óxidos, extraídos de dois solos da região amaz6nica, para o estabelecimento das suas eficiências na sorção do fésforo.

MATERPAL E METODOS

A caulinita e os dxidos de ferro utilizados nos ensaios de scrçáo de fósforo foram separados dos horizontes Ap de dois solos da Amazonia, coletados em campos experimentais da Empresa Bra- si &ira de Pesquisa Agropecuária [EMBRAPA), sendo um Podzólico Vermelho-Amarelo [PV] do município de Capitão-Poço e uma Terra Rcxa Estruturada [TE) do município d e Altamira, ambos no Estado dc Pará [Fig . 13.

Inicialmente, a fração argila foi extraída da fração <2,0 rnbm destes solos, por sedimentaçáo natural (Jackson 19561, após previa remoção da matéria orgânica pela H 0 10% a quente.

Em uma parte da fração argila assim obtida, foram feitas con- centraçóes de caulinita pelo citrato-ditionito-bicarbonato (Mehra 8 Jcckson 19591, tendo-se determinado, nos extratos, o ferro e o aiu- rr,ínio, respectivamente, pela orto-fenkrol ina e aluminion . Em ou- tra porçáo da fraçáo argila, concentraram-se os óxidos de ferro pelo tratamento com NaQH 5N CNorrish & Taylor 1961 3 .

FIG. 1 - Mapa de localizaç8o das amostras.

- 8 -

1 Ap6s estes tratamentos, os residuos constituídos peles dl-

ferentes f raçóes mineralbg icas sofreram lavagens com metanoi e acetona, secagem a 40°C e peneiramento, atravds de malha de 270 mesh.

Os componentes cr lstal i nos das f raçóes , foram ent8o caracte- r h d o a por dlfratometrla de raios X, utiiizando-se lâmlnas com as .

amostras em p6, redlaçhs Co-kcc, filtro de ferro, slstema'de fendas dó goniometro DS 19, RS 0,30 m,m, SS 19, variação do Bngulo 20 de lQ/min'., corrente do tubo de 30 KV e ISrnA, nas escalas de 1.000 e 2.000 cps.

Os ensaios de sorção de fósforo foram feitos com suspen- soes de I g de caulinita ou óxldos de ferro, em 50ml de solução 0.1N de KCI, contendo concentrações de f6sforo (KHzPO,) que variaram de 10 a 100 ppm, tendo-se ajustado o pH inicial das soluç6es a 6.0. Os sistemas foram arrolhados e agitados continuamente por 48 horas, h temperatura de 25°C. Decorrido este período, o mate- rial foi centrifugado, tendo sido determinado o fósforo ,do sobrena- dante, pelo azul de molibd6nio.

Foi considerado fbsforo sonrldo a diferença entre o fósfbro adicionado e o remanescente na solução. ap6s.48 horas. Com os valores de fósforo adicionado, sorvido e na solução de equiltbrio, calculou-se a sorção rn8xima pela equação de Langmuir (Parfitt 1978).

Fotografias de microscópio eletrbnico foram obtidas nas amostras de fração argila dos solos estudados. em aparelho JEOL JEM 1008 com aceleração de 80.000 V.

RESULTADOS E DISCUSSAO

$0- de fósforo nos óxldos de ferro. A cor dos óxidos de ferro concentrados a partir das argilas do PV e da TE, respectl- vamente, bruno amarelado e vermelho-escuro, sugerem a presença do goethita (Gt) no PV e hematita'(Hm) na TE. Isto foi posterior- rente confirmado pelos valores relativos de Hrn [Tabela I].

Os difratogramas das argilas tratadas com NaOH 5N (Fig. 2), fambem mostram predominâncias de Gt no PV e de Hm na TE. A Gt representada pelas difrações de 4,18 8, (1 10) 2.69 A (130). 2,58 A (0211, 2.45 (111), 2.25 A (121); 2,19 A [I401 e a Hm, pelas dlfra- ç6es de 3,66 A (0121, 2.69 (1041, 2.51 8i (110). 184 a (0241.

TABELA I. CaractwEshts dos bxidos de ferm extraidos do W e da TE.

Ferro extraído da fração argila com citrato-ditioniWbicarbonato. ** Relação entre as difraç6es Hm(llO)/Hm (1101 + Gt 1110).

*+' Valor relativo de Hm na fr- argila. Xm Sorçáo máxima de fósforo, calculada pela equação de Langrnuír.

Nestes difratogramas, também se observa a difração do quartzo 335 A (101) e do anathsio, 3,52 52 [I Ctl), 238 A (004) e 1,89 89 [2001 que foram considerados contaminantes não interferentes na sorção do fósforo. O primeiro, pela pequena quantidade presente, esti- mado pela intensidadeedo pico da 3.35 1( (101) e, a aus8ncie de car- ga superficial. O segundo, por serem raras as associações entre o titãnio e o fósforo, a menos que ambos estejam em solução (HuttonA19771. Isto é pouco provável de ocorrer pois o anatásio [ I? na escala de intemperismo de jackson & Sherman 1953) man- tém somente cerca de 0,03 ppm de titânio na solução do solo.

A sorçáo máxima de fósforo nos óxidos de ferro da TE [con- siderando-se a concentração de 100%), foi sensivelmente superior a sorção dos óxidos de ferro do PV [Tabela I]. Como no decorrer das reações de sorção, foram controladas no laboratório as variá- veis independentes aos minerais, as diferenças entre as sorções máximas de fósforo podem ser inferidas hs proporções de Gt e Hm nos óxidos de ferro, suas propriedades [estrutura, tipo, quantidade 6 carga dos sítios] e a diferentes concentrações de óxidos nas amostras, após o tratamento NaCH 5N. -

Analisando-se os dois óxidos dc ferro quanto h eshutura, observou-se que a Gt, com estrutura mais aberta, favorece mais a sorção. Este fato no entanto, parece não ter sido marcante, pois OS Õxidos do PV, com maior cóncentraçáo de Gt, sorveram cerca de 1,s vezes menos fósforo do que aquela extraida da TE, que é

hamatítica [Tabela 1).

FIG. 2 - Difratogramas de raios X de Iaminas de p6, das frações 2~ tratadas com NaCH SN.

Além da estrutura, a carga e os tipos dos sítios expostos nas superfícies de contacto só1 ido x solução, devem ter influenciado POUCO a sorçáo final do fósforo, já que, no decorrer dos ensaios. e pH da solução foi mantido abaixo do pcz dos óxidos envolvidos, que em solução também apr'esentani sítios com comportamenm muito semelhante [Schwertmann & TayIor 19771.

A quantidade dos sltlos, função do .grau de cristanllidade e tamanho das particulas, parece ter sido o fator predornlnante na sorção do fósforo, o que esth de acordo com Bache (1964). Em-

bora não tenham sido feitas medições das areas superficiais es- pecíficas [ASE] dos óxidos de ferro, há maior subsfituiçáo isorn6r- fica do ferro pelo alumínio nos óxidos da TE [menor tamanho das partículas, conforme observaram Norrish & Taylor [I961 1 nas goe- thitas] . Altos níveis de substituição isomórficas nos oxidos de ferro da região amazônica e hematita com tamanho reduzido, tam- bem foram mostrados anteriormente por Kitagawa (19831.

Para testar o efeito das concentrações de óxidos, obtidas pelo tratamento com NaOH 5N, posteriormente foram recalculados os valores das sorções, encontrando-se um deslocamento de ambos os va!ores, para níveis superiores, sem contudb ter havido inversáo de posições.

Os resultados aqui obtidos. aparentemente, estão em desa- cordo com aqueles de Bighan et al. (19781. Eles encontraram maior sorçáo de fósforo na8 argilas amarelas. No entanto, enfati- 2am que nestas argílas, a ASE foi superior as demais, daí provavel- mente a discrepância de dados entre os dois trabalhos.

Um outro aspecto do fenomeno da sarção do fósforo nos óxi- dos pode ser avaliado pelas curvas obtidas entre o fósforo adicio- nado e o sorvido [Fig . 33.

Na Fig. 3, nota-se que ate o nlvel de 1.600 ppm de fósforo adicionado [= 3.200 kg/ha), h6 sorçHo completa de anion pe- ion dxidos extraidos da TE, enquanto os dxidos extraidos do PV mantêm cerca de 300 ppm, no mesmo nível, o que 96 é alcançado pelos primeiros, mediante a aplicação de 3.600 ppm de ,fósforo [= 7,200 kg/ha]. No entanto, este efeito *no solo deve ser mini- inlzado pela diluição dos dxidos por outros componentes minerais e orgânicos. Vale salientar também, que o fósforo sorvido não é necessariamente não disponível para as plantas e além disso, e adubação do solo não é felta com fósforo solubilizado,

Sorção de fósforo na caullnlta - As fraç6es coloidais silb catadas extraídas dos dois solos s14 essehcialmente caulinlticas, mas apresentaram diferentes sorçóes máximas de P. Enquanto a caulinita extraída de PV sorveu 280 pg de P/g, aquela extraída da TE, sorveu 560 vg de P/g.

Como nas sorções anteriormente mostradas, as varl8vels in- dependentes ao mineral foram controladas no laboratório e, neste mso especlflco, os minerais envolvidos pertencem h meama familia, portanto com estruturas Iguais.

P o d i c l o n s d o ( M B / P . ~

FIG . 3 - Correlação entre o -fósforo adicionado e o fósforo .sorvido pelas itrações <2fr, da TE e do PV, tratadas com NaCH SM.

Os minerais caul initicos, com pequena substituição isomór- fica, não permitem o surgimento significativa de cargas permanen- tes e t êm sua reatividade associada as cargas superficiais, em- bora reconheça-se uma certa polar idade estrutural. Assim, quanto maior o tamanho do cristal da caulinita, espera-se menor reativida- de. Isto pode ter sido a causa da baixa sorçâo de fósforo encon- trada por Diez (1980) em caulinita padráo, se comparada com aque la encontrada por Bajwa [I9811 em caulinita separada do solo.

Na região s imdnica , Kitagawa 8 Moi ler [I 980) encontraram que a desordem cristalina das caulinjtas dos solos aumenta com o teor de óxidos de ferro dos mesmos, o que poderia explicar a presença de caulinita tipo ''fite clay" (Foto 1) na TE e de caulinita bem mais ordenada no PV [Foto 2). No entanto, as fotografias de microscopia eletrônica obtidas mostraram uma caulinita bem mais ordenada sob o aspecto de cristalinidaáe na TE que no PV. Assim sendo, parece não ser regra geral para a região, associar-se a

desordem da caulinita com o teor de ferro dos solos [Moller & Araki 19841.

FiG. 4 - Fotografias obtidas em microsc6pio eletri3nico das frações 2~ deferra das: a] TE e 61 PV.

Dentre os minerais coloidais de ferro encontrados abundan- temente nos solos da região, hematitas e goethitas, os primeiros apresentam maior sorçio de fósforo, condicionado a quantidade de sitios potenciais expostos.

As caul initas, também com diferentes comportamentos fren- te ao fósforo. têm sua reatividade associada à cristalinidade, con- dicionante do tamanho de suas partículas.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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